aula-5-producao-do-aco

Prévia do material em texto

Prof. Marcio Gomes
Tecnol. Mecânica: Produção do Aço
Mesmo quando os métodos de fabricação eram
bastante rudimentares os artesãos da
Antiguidade, na Ásia e, mais tarde, na Europa
medieval, conseguiam fabricar o aço. O aço
daquela época chamava-se “aço de
cementação”. Era uma liga de ferro e carbono
obtida aquecendo-se o ferro em contato com
um material carbonáceo durante um longo
tempo. O aço de Wootz, da Índia, o aço de
Damasco e os aços de Toledo, na Espanha, são
exemplos desse tipo de aço.
Prof. Marcio Gomes
Tecnol. Mecânica: Produção do Aço
O problema dos artesãos da antiguidade
eles não conseguiam produzir o ferro e,
conseqüentemente, o aço em larga
escala. O grande salto da Revolução
Industrial foi, exatamente, desenvolver
os métodos corretos para fabricar aços
de melhor qualidade e em quantidades
que atendessem às novas necessidades
das indústrias que surgiam.
Prof. Marcio Gomes
Tecnol. Mecânica: Produção do Aço
Na aula passada, você estudou que o
produto que sai do alto-forno é o ferro
-gusa, uma matéria-prima com grandes
quantidades de carbono e impurezas
normais, como o silício, o manganês, o
fósforo e o enxofre. Por causa disso, o
gusa é duro e quebradiço.
Prof. Marcio Gomes
Tecnol. Mecânica: Produção do Aço
Para transformar o gusa em aço, é
necessário que ele passe por um
processo de oxidação - combinação do
ferro e das impurezas com o oxigênio -
até que a concentração de carbono e das
impurezas se reduza a valores desejados.
Prof. Marcio Gomes
Tecnol. Mecânica: Produção do Aço
Como produzir aço em grandes quantidades
A idéia apresentada, simultaneamente, por
um inglês, Henry Bessemer, e por um
americano, William Kelly, em 1847, foi
injetar ar sob pressão a fim de que ele
atravessasse o gusa. Os fornos que usam
esse princípio, ou seja, a injeção de ar ou
oxigênio diretamente no gusa líquido, são
chamados "conversores" e são de vários
tipos.
Prof. Marcio Gomes
Tecnol. Mecânica: Produção do Aço
Tipos de conversores
1. Conversor
Bessemer,
2. Conversor
Thomas
3. Conversor LD
(Linz Donawitz)
Prof. Marcio Gomes
Tecnol. Mecânica: Produção do Aço
Conversor Bessemer
É constituído por uma carcaça de
chapas de aço, soldadas e rebitadas.
Essa carcaça é revestida internamente,
com uma grossa camada de material
refratário, isto é, aquele que resiste a
altas temperaturas. Seu fundo é
substituível e é cheio de orifícios por
onde entra o ar sob pressão.
Prof. Marcio Gomes
Tecnol. Mecânica: Produção do Aço
Conversor Bessemer(continuação)
A grande sacada desse forno é seu formato
(os livre técnicos dizem que ele se parece a
uma pera bem estilizada que permite seu
basculamento. Quer dizer, ele é montado
sobre eixos que permitem colocá-lo na
posição horizontal, para
a carga do gusa e
descarga do aço, e na
posição vertical para a
produção do aço.
Prof. Marcio Gomes
Tecnol. Mecânica: Produção do Aço
Conversor Bessemer(continuação)
Este forno não precisa de combustível.
A alta temperatura é alcançada e
mantida, devido às reações químicas
que acontecem quando o oxigênio do ar
injetado entra em contato com o
carbono do gusa líquido.
Prof. Marcio Gomes
Tecnol. Mecânica: Produção do Aço
Conversor Bessemer(continuação)
Nesse processo, há a combinação do 
oxigênio com o ferro, formando o 
óxido de ferro (FeO) que, por sua vez, 
se combina com o silício (Si), o 
manganês (Mn) e o carbono (C), 
eliminando as impurezas sob a forma 
de escória e gás carbônico.
Prof. Marcio Gomes
Tecnol. Mecânica: Produção do Aço
Conversor Bessemer(continuação)
Esse ciclo dura, em média 20 minutos e o
aço resultante desse processo tem a
seguinte composição: 0,10% (ou menos)
de carbono, 0,005% de silício, 0,50% de
manganês, 0,08% de fósforo e 0,25% de
enxofre.
Prof. Marcio Gomes
Tecnol. Mecânica: Produção do Aço
Conversor Thomas
bastante semelhante ao Bessemer: ele
também é basculante, também processa
gusa líquido e também usa ar nesse
processo. A diferença está no revestimento
refratário desse conversor, que é feito com
um material chamado dolomita, que resiste
ao ataque da escória à base de cal e, por
isso, esse material permite trabalhar com
um gusa com alto teor de fósforo.
Prof. Marcio Gomes
Tecnol. Mecânica: Produção do Aço
Conversor Thomas(continuação)
As reações químicas que acontecem dentro
desse conversor são as mesmas que
acontecem no conversor Bessemer, ou seja,
,
. Esse processo,
porém, tem duas desvantagens: não elimina
o enxofre do gusa e o revestimento interno
do forno é atacado pelo silício. Assim, o
.
Prof. Marcio Gomes
Tecnol. Mecânica: Produção do Aço
Conversor LD(cont.)
usa também o princípio
da injeção do oxigênio. A
diferença é que o
oxigênio puro é soprado
sob pressão na superfície
do gusa líquido. Essa
injeção é feita pela parte
de cima do conversor.
Zona de 
impacto
Prof. Marcio Gomes
Tecnol. Mecânica: Produção do Aço
Conversor LD(cont.)
A injeção do oxigênio é
feita por meio de uma
lança metálica composta
de vários tubos de aço. O
jato de oxigênio é dirigido
para a superfície do gusa
líquido e essa região de
contato é chamada de
zona de impacto .
Zona de 
impacto
Prof. Marcio Gomes
Tecnol. Mecânica: Produção do Aço
Conversor LD(continuação)
A Na zona de impacto, a reação de oxidação
é muito intensa e a temperatura chega a
atingir entre 2.500 e 3.000°C. Nesse
conversor, a contaminação do aço por
nitrogênio é muito pequena porque se usa
oxigênio puro. Isso é um fator importante
para os aços que passarão por processo de
soldagem, por exemplo, pois esse tipo de
contaminação causa defeitos na solda.
Prof. Marcio Gomes
Tecnol. Mecânica: Produção do Aço
Vantagens na utilização de conversores
alta capacidade de produção,
dimensões relativamente pequenas, 
simplicidade de operação e o fato de as 
altas temperaturas não serem geradas pela 
queima de combustível, mas pelo calor que 
se desprende no processo de oxidação dos 
elementos que constituem a carga de gusa 
líquido. 
Prof. Marcio Gomes
Tecnol. Mecânica: Produção do Aço
Desvantagens na utilização de conversores
impossibilidade de trabalhar com sucata,
 perda de metal por queima,
dificuldade de controlar o processo com
respeito à quantidade de carbono,
presença de considerável quantidade de
óxido de ferro e de gases, que devem ser
removidos durante o vazamento ( operação
de descarga do conversor).
Prof. Marcio Gomes
Tecnol. Mecânica: Produção do Aço
Produto final dos conversores
aços usados na fabricação de chapas,
 tubos soldados,
perfis laminados,
arames.
Prof. Marcio Gomes
Tecnol. Mecânica: Produção do Aço
Transformação de sucata em aço
É nos fornos elétricos que se transforma
sucata em aço. Por esse processo
transforma-se energia elétrica em energia
térmica, por meio da qual ocorre a fusão
do gusa e da sucata, sob condições
controladas de temperatura e de oxidação
do metal líquido. É um processo que
permite, também, a adição de elementos de
liga que melhoram as propriedades do aço
e lhe dão características excepcionais.
Prof. Marcio Gomes
Tecnol. Mecânica: Produção do Aço
Transformação de sucata em aço
Os fornos elétricos são basicamente de
dois tipos:
a arco elétrico
e de indução.
Prof. Marcio Gomes
Tecnol. Mecânica: Produção do Aço
Forno a arco elétrico
é constituído de uma carcaça de aço feita
de chapas grossas soldadas ou rebitadas,
de modo a formar um recipiente cilíndrico
com fundo abaulado. Essa carcaça é
revestida na parte inferior (chamada
soleira), por materiais refratários, de
natureza básica (dolomita ou magnesita)
ou ácida (sílica), dependendo da carga que
o forno vai processar.
Prof. Marcio Gomes
Tecnol. Mecânica: Produção do Aço
Forno a arco elétrico(continuação)
O restante do forno é revestido com tijolos
refratários silicosos. Os eletrodos
responsáveis, 
juntamente com a 
carga metálica, pela 
formação do arco 
elétrico estão 
colocados na abóbada,parte superior do 
forno. 
Prof. Marcio Gomes
Tecnol. Mecânica: Produção do Aço
Forno a arco elétrico(continuação)
Durante o processo, algumas reações
químicas acontecem: a oxidação, na qual
oxidam-se as impurezas e o carbono, a
desoxidação, ou retirada dos óxidos com
a ajuda de agentes desoxidantes, e a
dessulfuração, quando o enxofre é
retirado. É um processo que permite o
controle preciso das quantidades de
carbono presentes no aço.
Prof. Marcio Gomes
Tecnol. Mecânica: Produção do Aço
Forno de indução
O conjunto que compõe esse forno é
formado de um gerador com motor de
acionamento, uma bateria de
condensadores e uma câmara de
aquecimento. Essa câmara é basculante e
tem, na parte externa, a bobina de indução.
O cadinho é feito de massa refratária
socada dentro dessa câmara, onde a
sucata se funde por meio de calor
produzido dentro da própria carga.
Prof. Marcio Gomes
Tecnol. Mecânica: Produção do Aço
Forno de indução
Munhão para 
basculamento
Bobina de indução
isolante
Prof. Marcio Gomes
Tecnol. Mecânica: Produção do Aço
As vantagens da produção do aço nos fornos
elétricos são:
maior flexibilidade de operação;
temperaturas mais altas;
controle mais rigoroso da composição
química do aço;
melhor aproveitamento térmico;
 ausência de problema de combustão, por 
não existir chama oxidante; 
e processamento de sucata. 
Prof. Marcio Gomes
Tecnol. Mecânica: Produção do Aço
As desvantagens da produção do aço nos
fornos elétricos são:
principais desvantagens são o custo
operacional (custo da energia elétrica) e a baixa
capacidade de produção dos fornos.
Prof. Marcio Gomes
Tecnol. Mecânica: Produção do Aço
O aço produzido nos fornos elétricos pode ser
transformado em chapas, tarugos, perfis
laminados e peças fundidas.
Prof. Marcio Gomes
Tecnol. Mecânica: Produção do Aço
Prof. Marcio Gomes
Tecnol. Mecânica: Produção do Aço
Exercício 1
Responda às seguintes perguntas:
1. Por que o ferro-gusa é duro e quebradiço?
2. Como o gusa se transforma em aço?
3. Qual foi a idéia que permitiu a oxidação e a
produção do aço em grandes quantidades?
4. Como são chamados os equipamentos que
injetam ar ou oxigênio diretamente no gusa
líquido?
5. Cite duas vantagens dos conversores.
6. Cite as desvantagens dos conversores.
Prof. Marcio Gomes
Tecnol. Mecânica: Produção do Aço
Exercício 2: Associe o nome do conversor, da coluna da esquerda, ao
conjunto de características, da coluna abaixo:
a) Thomas
b) Bessemer
c) LD
1.( ) Seu formato permite colocá-lo na posição horizontal
para a carga do gusa e descarga do aço. Não combustível e
seu revestimento refratário é de sílica.
2.( ) Na zona de impacto do oxigênio com o gusa, a
temperatura chega a atingir entre 2.500°C e 3.000°C.
3( ) A injeção de oxigênio sob pressão, no gusa líquido
feita pela parte de cima do conversor, por meio de uma
lança metálica. A contaminação do aço, por nitrogênio, é
muito pequena.
•4( ) O revestimento refratário é feito com material
chamado dolomita que resiste ao ataque da escória à base
de cal e ainda permite trabalhar com gusa com alto teor de
fósforo.
Prof. Marcio Gomes
Tecnol. Mecânica: Produção do Aço
Exercício 3: Escreva V para as frases verdadeiras e F para as
frases falsas. Depois, corrija as erradas e as escreva
corretamente no seu caderno.
a) ( ) O gusa é a única matéria-prima utilizada na fabricação
do aço.
b) ( ) É nos fornos elétricos que ocorre a transformação da
sucata em ferro.
c) ( ) Nos fornos elétricos, a fusão do gusa e da sucata ocorre
sob condições controladas de temperatura e oxidação do
metal líquido.
d) ( ) O processo de transformação da sucata em aço permite,
também, a adição de elementos de liga que melhoram as
propriedades do aço.
Prof. Marcio Gomes
Tecnol. Mecânica: Produção do Aço
Exercício 4
a) Qual a principal diferença entre forno a arco
elétrico e o forno de indução?
b) Na sua opinião, qual a maior vantagem e a maior
desvantagem dos fornos elétricos? Por quê?
Exercício 5
Responda às seguintes perguntas:
a) Que nome se dá ao processo que transforma o
gusa em aço?
b) Qual dos elementos que compõem o ferro-gusa,
torna-o duro e, portanto, quebradiço? Por quê?
(Lembre-se das propriedades dos materiais).
Prof. Marcio Gomes
Tecnol. Mecânica: Produção do Aço
Exercício 5(continuação)
c) O que é um conversor e qual a principal diferença
entre ele e um forno elétrico?
d) Escreva, com suas palavras, as vantagens de
utilização de um conversor Bessemer e de um
forno elétrico de indução.
e) Escreva, com suas palavras, as desvantagens do
forno a arco elétrico e do conversor LD.
f) Que tipos de aços são produzidos por:
1. Conversores:________________________________
2. Fornos elétricos:_____________________________